Tuổi thọ của pin điện là bao nhiêu?

Hai pin điện có trọng lượng như nhau, lượng điện phóng ra và tuổi thọ của chúng rất khác nhau. Với loại pin điện thông thường, lượng điện phóng ra không lớn nên thời gian sử dụng cũng ngắn. Một pin điện khi mua về cho dù không sử dụng, tối đa chỉ sau 1-2 năm, do hiện tượng tự phóng điện nên dần dần bị rò điện và sẽ bị hư hỏng hòan toàn.

Thế nhưng có nhiều trường hợp, người ta cần sử dụng các pin điện có tuổi thọ dài. Ví dụ với giới y học, việc phát minh máy kích nhịp tim là một phát minh lớn. Thế nhưng khi đưa máy kích nhịp tim vào cơ thể cần loại pin điện có yêu cầu đặc biệt để làm nguồn năng lượng. Pin điện dùng cho máy kích nhịp tim phải hoạt động liên tục, ổn định, không rò điện, thể tích nhỏ, nhẹ, không độc, và đương nhiên tuổi thọ của pin phải dài. Giả sử nếu tuổi thọ của pin chỉ là hai năm, thì cứ hai năm phải làm phẫu thuật một lần để thay pin. Điều đó rõ ràng có thể ảnh hưởng đến sự sống và gây sức ép tâm lý cho bệnh nhân. Qua nhiều năm nghiên cứu, người ta chú ý đến loại pin lithium. Từ năm 1976, ở Trung Quốc đã bắt đầu nghiên cứu pin lithium, đến năm 1977 bắt đầu thử nghiệm. Năm 1978 đã cho ra đời sản phẩm đầu tiên, và đã đưa vào cơ thể người sử dụng cho 42 trường hợp, không có trường hợp nào thất bại. Ngày nay kiểu pin lithium mới đã được ứng dụng vào máy kích nhịp tim, có trường hợp tuổi thọ của pin dài hơn 10 năm.

Vì sao pin lithium lại có tuổi thọ dài như vậy? Pin lithium là loại pin có hiệu suất năng lượng cao. Hiệu suất năng lượng được đo bằng năng lượng điện mà pin có thể giải phóng cho một đơn vị khối lượng (thường gọi là đơn vị trọng lượng) của pin. Liti là kim loại có khối lượng nguyên tử nhỏ nhất. Khối lượng nguyên tử của lithium chỉ bằng 1/6 khối lượng nguyên tử của bạc hoặc bằng 1/30 khối lượng của chì. Một nguyên tử của lithium và của bạc, trong phản ứng điện cực đều giải phóng electron của lithium rất mạnh. Khi dùng kỹ thuật màng mỏng thì có thể giảm electron trong của pin lithium rất nhiều nên pin lithium rất bền, thời gian sử dụng dài.

Pin khô thông thường là loại pin điện sơ cấp, với ý nghĩa pin không thể nạp điện lặp đi lặp lại nhiều lần. Để kéo dài thời gian sử dụng của các loại nguồn điện hóa học như pin, người ta phát minh loại pin thứ cấp, thường hay gọi là ắc quy. Đây là loại nguồn điện hóa học thứ cấp có thể nạp đi nạp lại nhiều lần. Với loại ắc quy thông thường, người ta có thể nạp đi nạp lại từ 300-500 lần. Ắc quy thường được dùng để khởi động động cơ trong các phương tiện giao thông vận tải, nên cũng có tên gọi là “ắc quy ô tô”. Trong những năm gần đây, nhiều loại pin thứ cấp có tính năng cao được phát minh liên tục. Ví dụ trong cuộc sống hằng ngày người ta dùng pin niken - cadimi. Ưu điểm chủ yếu của pin niken - cadimi là có thể nạp đi nạp lại rất nhiều lần. Số lần nạp có thể đến 2.000-4.000 lần nên thời gian sử dụng có thể đến 15 năm. Chính vì vậy mà các pin niken - cadimi kiểu kín và nhỏ đã được sử dụng rộng rãi trên các thiết bị electron1. Ngày nay người ta thường kết hợp sử dụng pin niken - cadimi với pin Mặt Trời làm nguồn năng lượng lâu dài cho thông tin ở các vệ tinh nhân tạo.

Pin thứ cấp đã có tuổi thọ ngày càng dài, liệu có thể kéo dài tuổi thọ của pin thứ cấp đến mức “dùng không kiệt” không? Các nhà khoa học nghĩ đến việc sử dụng loại vi sinh vật mới cùng với nguyên lý mới về kỹ thuật nguồn điện hóa học. Người ta chọn nhiều loại điện cực sinh học như điện cực enzyme, điện cực vi khuẩn… để chế tạo nguồn điện sinh học “vĩnh cửu”. Các nghiên cứu này đã cho kết quả bước đầu. Loại pin điện sinh học vĩnh cửu dựa vào hiện tượng phóng điện của sinh vật. Bản thân tế bào là một pin nhiên liệu cực bé. Quanh màng tế bào có xảy ra các phản ứng hóa học làm xuất hiện một hiệu điện thế nào đó. Dung dịch glucose bên trong màng tế bào là cực âm của pin nhiên liệu. Bên ngoài màng tế bào do tác dụng oxy hóa của các hợp chất hóa học nên là cực dương của pin nhiên liệu. Các phân tử lớn là các protein sẽ là dây dẫn nối hai cực của pin. Vì vậy chỉ cần nạp glucose và các chất dinh dưỡng, là nguồn điện sinh vật được tự duy trì. Ngoài ra với pin Mặt Trời thì do bản thân pin không tiêu hao vật chất khi làm việc, nên chỉ cần có năng lượng Mặt Trời là chúng có thể phát điện liên tục, nên có thể sử dụng lâu dài.

Nhờ sự phát triển nhảy vọt của khoa học kỹ thuật, nên thời gian sử dụng của các loại pin mới ngày càng được kéo dài.